JPH0689659B2 - 成層燃焼式エンジン - Google Patents
成層燃焼式エンジンInfo
- Publication number
- JPH0689659B2 JPH0689659B2 JP61097291A JP9729186A JPH0689659B2 JP H0689659 B2 JPH0689659 B2 JP H0689659B2 JP 61097291 A JP61097291 A JP 61097291A JP 9729186 A JP9729186 A JP 9729186A JP H0689659 B2 JPH0689659 B2 JP H0689659B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- air
- intake
- passage
- combustion chamber
- engine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はエンジン、就中成層燃焼式エンジンに関するも
のである。
のである。
（従来技術） 従来よりエンジンにおいては、スロットルバルブの廃止
によるポンピングロスの低減効果と、燃焼室内へ燃料を
直接噴射する直噴方式の採用との相乗効果により、低燃
費化と低NOx化を実現しようとする試みが行なわれてい
る。
によるポンピングロスの低減効果と、燃焼室内へ燃料を
直接噴射する直噴方式の採用との相乗効果により、低燃
費化と低NOx化を実現しようとする試みが行なわれてい
る。
ところが、このようにスロットルバルブを廃止した場合
には、エンジンの負荷状態の如何にかかわらず常に多量
の空気が燃焼室内に導入されるため、特に燃料噴射量の
少ないエンジンの低負荷運転領域においては空気過剰率
が大きく、噴射燃料を筒内の空気全体と混合させたので
は混合気の空燃比がオーバリーンとなり着火不良等の不
具合をきたすことになる。このため、低負荷運転領域に
おいては、噴射燃料を燃焼室内に導入された空気の一部
分と混合させて該燃焼室内に局部的に理論空燃比に近い
濃度をもつ混合気層を形成し、この混合気層の部分を着
火燃焼させるいわゆる成層燃焼が不可欠な条件となる。
には、エンジンの負荷状態の如何にかかわらず常に多量
の空気が燃焼室内に導入されるため、特に燃料噴射量の
少ないエンジンの低負荷運転領域においては空気過剰率
が大きく、噴射燃料を筒内の空気全体と混合させたので
は混合気の空燃比がオーバリーンとなり着火不良等の不
具合をきたすことになる。このため、低負荷運転領域に
おいては、噴射燃料を燃焼室内に導入された空気の一部
分と混合させて該燃焼室内に局部的に理論空燃比に近い
濃度をもつ混合気層を形成し、この混合気層の部分を着
火燃焼させるいわゆる成層燃焼が不可欠な条件となる。
このような背景から、特開昭58-85319号公報に開示され
る如く、インジェクターを吸気通路中に設け、吸気弁の
閉じる直前にインジェクターから燃焼室内に向けて燃料
を噴射して該燃焼室内の上部に濃混合気層を形成し、も
って成層燃焼を実現しようとしたエンジンが提案されて
いる。
る如く、インジェクターを吸気通路中に設け、吸気弁の
閉じる直前にインジェクターから燃焼室内に向けて燃料
を噴射して該燃焼室内の上部に濃混合気層を形成し、も
って成層燃焼を実現しようとしたエンジンが提案されて
いる。
しかしながら、この方法では、燃焼室内の全域において
ほぼ均一な流れ特性を有する空気層の一部分に燃料を噴
射することにより混合気濃度の異なる２つの層を形成す
るものであり、しかも燃料噴射が吸気弁の閉じる直前に
行なわれるため、例え圧縮行程の初期には燃焼室内の上
部に濃混合気層が良好状態に形成されていたとしても、
圧縮行程の終期付近においてはピストンの上動に伴う燃
焼室内の空気の乱れにより上記濃混合気層が減衰あるい
は破壊され、このため、成層燃焼を企図したにもかかわ
らず実質的に成層燃焼は行なわれないというような事態
が想定される。
ほぼ均一な流れ特性を有する空気層の一部分に燃料を噴
射することにより混合気濃度の異なる２つの層を形成す
るものであり、しかも燃料噴射が吸気弁の閉じる直前に
行なわれるため、例え圧縮行程の初期には燃焼室内の上
部に濃混合気層が良好状態に形成されていたとしても、
圧縮行程の終期付近においてはピストンの上動に伴う燃
焼室内の空気の乱れにより上記濃混合気層が減衰あるい
は破壊され、このため、成層燃焼を企図したにもかかわ
らず実質的に成層燃焼は行なわれないというような事態
が想定される。
このため、上述の如くスロットルバルブの廃止と直噴方
式の採用とにより低燃費化及び低NOx化が実現できると
いうことが理論上説明されているにもかかわらず、その
具体的な成功例が見当たらないのが現状である。
式の採用とにより低燃費化及び低NOx化が実現できると
いうことが理論上説明されているにもかかわらず、その
具体的な成功例が見当たらないのが現状である。
また、成層燃焼は直接燃焼に寄与する空気層と燃焼に寄
与しない過剰空気層とが層を接して存在しているため、
過気過剰率が特に大きい場合とか空気流動が強い場合に
は熱損失が大きくなり、燃焼温度の低下により燃焼安定
性が損なわれることになるため、燃焼温度の適正維持を
図る必要がある。このことは成層燃焼が必要な低負荷運
転時に特に要求されるものである。
与しない過剰空気層とが層を接して存在しているため、
過気過剰率が特に大きい場合とか空気流動が強い場合に
は熱損失が大きくなり、燃焼温度の低下により燃焼安定
性が損なわれることになるため、燃焼温度の適正維持を
図る必要がある。このことは成層燃焼が必要な低負荷運
転時に特に要求されるものである。
（発明の目的） 本発明は上記従来技術の項で指摘した問題点を解決しよ
うとするもので、空気を絞らずに燃焼室内に導入し、さ
らに該燃焼室内に複数の空気層を成層形成するようにし
た成層燃焼式エンジンにおいて、燃焼室内における空気
層の成層化をより確実ならしめるとともに燃焼温度を適
正に維持しもって高水準の成層燃焼の実現することを目
的としてなされたものである。
うとするもので、空気を絞らずに燃焼室内に導入し、さ
らに該燃焼室内に複数の空気層を成層形成するようにし
た成層燃焼式エンジンにおいて、燃焼室内における空気
層の成層化をより確実ならしめるとともに燃焼温度を適
正に維持しもって高水準の成層燃焼の実現することを目
的としてなされたものである。
（目的を達成するための手段） 本発明の成層燃焼式エンジンは上記の目的を達成するた
の手段として、燃焼室内の外周部にスワール流を発生さ
せ得る如く空気を供給する主吸気通路と、上記燃焼室の
中央部に上記スワール流とは流れ方向の異なる空気流を
発生させ得る如く空気を供給する副吸気通路とを備え、
さらに少なくともエンジンの低負荷運転領域においては
上記主吸気通路と副吸気通路の両方から吸気導入を行な
わしめて上記燃焼室の外周部に上記主吸気通路を介して
導入された空気による第１の空気層を、燃焼室の中央部
に上記副吸気通路を介して導入された空気による第２の
空気層をそれぞれ形成させ得る如くした吸気制御手段
と、上記主吸気通路中にEGRガスを供給するようにしたE
GRガス供給制御手段と、燃料を上記第２の空気層に向け
て供給するようにした燃料供給手段とを備えたものであ
る。
の手段として、燃焼室内の外周部にスワール流を発生さ
せ得る如く空気を供給する主吸気通路と、上記燃焼室の
中央部に上記スワール流とは流れ方向の異なる空気流を
発生させ得る如く空気を供給する副吸気通路とを備え、
さらに少なくともエンジンの低負荷運転領域においては
上記主吸気通路と副吸気通路の両方から吸気導入を行な
わしめて上記燃焼室の外周部に上記主吸気通路を介して
導入された空気による第１の空気層を、燃焼室の中央部
に上記副吸気通路を介して導入された空気による第２の
空気層をそれぞれ形成させ得る如くした吸気制御手段
と、上記主吸気通路中にEGRガスを供給するようにしたE
GRガス供給制御手段と、燃料を上記第２の空気層に向け
て供給するようにした燃料供給手段とを備えたものであ
る。
（作用） 本考案では上記の手段により、 （１）吸気行程において燃焼室内に形成される第１の空
気層と第２の空気層はその流れ特性が異なるものである
ためその成層状態の維持が容易である、 （２）直接燃焼に寄与する第２の空気層を包む第１の空
気層にEGRガスを供給することにより上記第２の空気層
の温度が高められ、上記のように比較的良好な成層状態
が維持されしかも層温度が高められた第２の空気層中へ
向けて燃料が供給されるから燃焼室内における燃焼温度
が高く、成層燃焼が効果的且つ安定的に達成されること
になる。
気層と第２の空気層はその流れ特性が異なるものである
ためその成層状態の維持が容易である、 （２）直接燃焼に寄与する第２の空気層を包む第１の空
気層にEGRガスを供給することにより上記第２の空気層
の温度が高められ、上記のように比較的良好な成層状態
が維持されしかも層温度が高められた第２の空気層中へ
向けて燃料が供給されるから燃焼室内における燃焼温度
が高く、成層燃焼が効果的且つ安定的に達成されること
になる。
（実施例） 以下、第１図ないし第５図を参照して本発明の好適な実
施例を説明する。
施例を説明する。
（I:構成） 第１図及び第２図には本発明の実施例に係る自動車用多
気筒成層燃焼式エンジンが示されており、各図において
符号１はシリンダブロック、２はシリンダヘッド、３は
燃焼室、４はピストンである。
気筒成層燃焼式エンジンが示されており、各図において
符号１はシリンダブロック、２はシリンダヘッド、３は
燃焼室、４はピストンである。
シリンダヘッド２には、吸気弁６によって開閉される２
つの吸気通路、即ち、後述する主吸気通路11と副吸気通
路12と、排気弁７によって開閉される排気通路15がそれ
ぞれ形成されている。
つの吸気通路、即ち、後述する主吸気通路11と副吸気通
路12と、排気弁７によって開閉される排気通路15がそれ
ぞれ形成されている。
主吸気通路11は、スワール流を発生させることを意図し
てヘリカルポート式とされており、その燃焼室３に開口
する主吸気ポート13の近傍部分は略渦巻状に形成されて
いる。従って、該主吸気通路11から主吸気ポート13を介
して上記燃焼室３内に導入される空気は第１図及び第２
図においてそれぞれ矢印A1で示す如く該燃焼室３の外周
部に沿うスワール流とされる。尚、この主吸気通路11の
通路面積は、エンジンの高負荷運転時における必要空気
量を該主吸気通路11のみで賄い得るような大きさに設定
されている。
てヘリカルポート式とされており、その燃焼室３に開口
する主吸気ポート13の近傍部分は略渦巻状に形成されて
いる。従って、該主吸気通路11から主吸気ポート13を介
して上記燃焼室３内に導入される空気は第１図及び第２
図においてそれぞれ矢印A1で示す如く該燃焼室３の外周
部に沿うスワール流とされる。尚、この主吸気通路11の
通路面積は、エンジンの高負荷運転時における必要空気
量を該主吸気通路11のみで賄い得るような大きさに設定
されている。
副吸気通路12は、上記主吸気通路11よりも小さな通路面
積を有しており、その燃焼室３に開口する副吸気ポート
14は上記主吸気通路11内の上記主吸気ポート13の近傍位
置において、しかも該主吸気ポート13を通して燃焼室３
の中心部を臨み得るようにして開口形成されている。従
って、この副吸気通路12からその副吸気ポート14を通し
て燃焼室３内に導入される空気は、第１図及び第２図に
おいてそれぞれ矢印A2で示す如くほぼピストン４の軸方
向に沿う空気流を現出する。
積を有しており、その燃焼室３に開口する副吸気ポート
14は上記主吸気通路11内の上記主吸気ポート13の近傍位
置において、しかも該主吸気ポート13を通して燃焼室３
の中心部を臨み得るようにして開口形成されている。従
って、この副吸気通路12からその副吸気ポート14を通し
て燃焼室３内に導入される空気は、第１図及び第２図に
おいてそれぞれ矢印A2で示す如くほぼピストン４の軸方
向に沿う空気流を現出する。
一方、上記主吸気通路11と副吸気通路12の外端部は、そ
れぞれ後述する吸気マニホールド５に接続されている。
れぞれ後述する吸気マニホールド５に接続されている。
吸気マニホールド５は、第１図ないし第３図に示す如く
気筒列設方向に延びる合流通路部30を有している。この
合流通路部30は、その内部にしかも長手方向に延設形成
した隔壁によってその下部に位置する第１の通路部33と
上部に位置する第２の通路部34の上下二通路に区画形成
されている。さらにこの第１の通路部33と第２の通路部
34のうち、第１の通路部33には、エンジンの各気筒の各
主吸気通路11に接続される主吸気分通路31,31……が、
また第２の通路部34には各気筒の各副吸気通路12に接続
される副吸気分通路32,32……がそれぞれ一体的に連設
形成されている。従って、吸気マニホールド５の上流端
部5a（第３図参照）から合流通路部30内に導入される空
気は二手に分流され、その一部は第１の通路部33から各
主吸気分通路31,31……を介してエンジンの各気筒の各
主吸気通路11,11……側に吸入され、他の一部は第２の
通路部34から各副吸気分通路32,32……を介してエンジ
ンの各気筒の各主吸気通路11,11……側に吸入される。
気筒列設方向に延びる合流通路部30を有している。この
合流通路部30は、その内部にしかも長手方向に延設形成
した隔壁によってその下部に位置する第１の通路部33と
上部に位置する第２の通路部34の上下二通路に区画形成
されている。さらにこの第１の通路部33と第２の通路部
34のうち、第１の通路部33には、エンジンの各気筒の各
主吸気通路11に接続される主吸気分通路31,31……が、
また第２の通路部34には各気筒の各副吸気通路12に接続
される副吸気分通路32,32……がそれぞれ一体的に連設
形成されている。従って、吸気マニホールド５の上流端
部5a（第３図参照）から合流通路部30内に導入される空
気は二手に分流され、その一部は第１の通路部33から各
主吸気分通路31,31……を介してエンジンの各気筒の各
主吸気通路11,11……側に吸入され、他の一部は第２の
通路部34から各副吸気分通路32,32……を介してエンジ
ンの各気筒の各主吸気通路11,11……側に吸入される。
さらに、この各主吸気通路31,31……と各副吸気分通路3
2,32……には、それぞれ主吸気制御弁21と副吸気制御弁
22が設けられている。この主吸気制御弁21と副吸気制御
弁22は、それぞれ制御装置27からの制御信号を受けて作
動すステップモータ23,24により開閉駆動される。尚、
この主吸気制御弁21及び副吸気制御弁22の具体的な制御
方法については後に詳述する。
2,32……には、それぞれ主吸気制御弁21と副吸気制御弁
22が設けられている。この主吸気制御弁21と副吸気制御
弁22は、それぞれ制御装置27からの制御信号を受けて作
動すステップモータ23,24により開閉駆動される。尚、
この主吸気制御弁21及び副吸気制御弁22の具体的な制御
方法については後に詳述する。
又、この吸気マニホールド５を含む吸気系にはスロット
ルバルブは設けられておらず、従って、空気は主吸気制
御弁21あるいは副吸気制御弁22が開弁している場合に
は、ピストン４の下動に伴う吸入負荷により燃焼室３内
に自由に導入される。
ルバルブは設けられておらず、従って、空気は主吸気制
御弁21あるいは副吸気制御弁22が開弁している場合に
は、ピストン４の下動に伴う吸入負荷により燃焼室３内
に自由に導入される。
一方、上記吸気マニホールド５の合流通路部30の第１の
通路部33とエンジンの排気管17との間は、本発明を適用
して、その途中にEGRバルブ19を備えたEGR通路18により
接続されており、該EGRバルブ19の開閉制御により必要
に応じて上記吸気マニホールド５の第１の通路部33側に
EGRガスＧを供給できるようになっている。尚、このEGR
バルブ19も上記主吸気制御弁21及び副吸気制御弁22と同
様に後述する制御装置27によってその作動が制御される
ものであり、その具体的な作動方式については後述す
る。
通路部33とエンジンの排気管17との間は、本発明を適用
して、その途中にEGRバルブ19を備えたEGR通路18により
接続されており、該EGRバルブ19の開閉制御により必要
に応じて上記吸気マニホールド５の第１の通路部33側に
EGRガスＧを供給できるようになっている。尚、このEGR
バルブ19も上記主吸気制御弁21及び副吸気制御弁22と同
様に後述する制御装置27によってその作動が制御される
ものであり、その具体的な作動方式については後述す
る。
制御装置27は、エンジン回転数、負荷、大気温（吸気
温）、水温及び吸気圧力を受けて、上記主吸気制御弁21
と副吸気制御弁22及びEGRバルブ19の開閉作動制御ある
いは燃料制御（噴射量及び噴射タイミングの設定）をす
る如く作用する。そして、この実施例においては上記主
吸気制御弁21と副吸気制御弁22及びEGRバルブ19の作動
をそれぞれ次のように制御するようしている。
温）、水温及び吸気圧力を受けて、上記主吸気制御弁21
と副吸気制御弁22及びEGRバルブ19の開閉作動制御ある
いは燃料制御（噴射量及び噴射タイミングの設定）をす
る如く作用する。そして、この実施例においては上記主
吸気制御弁21と副吸気制御弁22及びEGRバルブ19の作動
をそれぞれ次のように制御するようしている。
（a:主吸気制御弁21の制御） 主吸気制御弁21は、エンジンの燃焼室３内におけるスワ
ール流の必要の有無に応じて制御されるものであって、
具体的には、エンジン始動時、即ち、着火性向上の観点
からスワール発生の必要のない運転状態においては全閉
保持され、それ以外の運転領域、即ち、スワール流によ
り燃焼性の改善を図る必要のある領域においては全開保
持される。
ール流の必要の有無に応じて制御されるものであって、
具体的には、エンジン始動時、即ち、着火性向上の観点
からスワール発生の必要のない運転状態においては全閉
保持され、それ以外の運転領域、即ち、スワール流によ
り燃焼性の改善を図る必要のある領域においては全開保
持される。
（b:副吸気制御弁22の制御） 副吸気制御弁22は、混合気の着火・燃焼性が悪化するた
め特に成層燃焼の実現が要求される運転領域においては
全開保持されそれにより成層燃焼の実現に寄与するが、
それ以外の運転領域においては全閉保持される。具体的
には第４図に示す如くエンジン回転数とエンジン負荷及
びエンジン温度の３つの要素に基づいて制御されるもの
であり、この実施例においてはエンジンの温間時におい
ては、第４図において領域Ｉで示す如くアイドル運転域
を含む低負荷領域において上記副吸気制御弁22を全開保
持し、それ以外の運転領域ではこれを全閉とする。
め特に成層燃焼の実現が要求される運転領域においては
全開保持されそれにより成層燃焼の実現に寄与するが、
それ以外の運転領域においては全閉保持される。具体的
には第４図に示す如くエンジン回転数とエンジン負荷及
びエンジン温度の３つの要素に基づいて制御されるもの
であり、この実施例においてはエンジンの温間時におい
ては、第４図において領域Ｉで示す如くアイドル運転域
を含む低負荷領域において上記副吸気制御弁22を全開保
持し、それ以外の運転領域ではこれを全閉とする。
これに対して、エンジンの冷間時には温間時よりも一層
混合気の着火性が悪くなるため、第４図において領域Ｉ
で示す運転領域にさらに領域IIを加えたより高回転側の
運転領域まで副吸気制御弁22を全開保持し、これ以外の
運転領域ではこれを全閉保持するようにしている。
混合気の着火性が悪くなるため、第４図において領域Ｉ
で示す運転領域にさらに領域IIを加えたより高回転側の
運転領域まで副吸気制御弁22を全開保持し、これ以外の
運転領域ではこれを全閉保持するようにしている。
（EGRバルブ19の制御） EGRガスを主吸気通路11側へ供給する趣旨は、成層燃焼
が行われる場合、燃焼に寄与しない空気層（この実施例
においては第１の空気層51）の温度を高温のEGRガスを
混入させることで上昇させ、もってその内側に存在する
第２の空気層部分において行われる燃焼の燃焼温度を高
めることにある。
が行われる場合、燃焼に寄与しない空気層（この実施例
においては第１の空気層51）の温度を高温のEGRガスを
混入させることで上昇させ、もってその内側に存在する
第２の空気層部分において行われる燃焼の燃焼温度を高
めることにある。
このため、EGRバルブ19は、上記副吸気制御弁22とほぼ
同様の制御形態でもって制御される。即ち、始動時以外
の通常運転時でしかもエンジンの温感時には第４図にお
いて領域Ｉで示す運転領域において開弁され、それ以外
の運転領域では閉弁される。またエンジンの冷間時には
第４図において領域Ｉで示す運転領域と領域IIで示す運
転領域の両方で開弁され、それ以外の運転領域では閉弁
される。尚、始動時には後述する如く成層燃焼を行わな
いため、EGRバルブ19は閉弁保持される。
同様の制御形態でもって制御される。即ち、始動時以外
の通常運転時でしかもエンジンの温感時には第４図にお
いて領域Ｉで示す運転領域において開弁され、それ以外
の運転領域では閉弁される。またエンジンの冷間時には
第４図において領域Ｉで示す運転領域と領域IIで示す運
転領域の両方で開弁され、それ以外の運転領域では閉弁
される。尚、始動時には後述する如く成層燃焼を行わな
いため、EGRバルブ19は閉弁保持される。
さらに、EGRバルブ19の開度、即ちEGRガス量の制御であ
るが、これは、エンジンの負荷が高いときにはEGRガス
の温度自体が高いため、空気層に常時ほぼ均一な熱量を
付与するという要請から、第５図に示すようにエンジン
負荷が高くなるに従って、EGRガス量を減らすように制
御するようにしている。
るが、これは、エンジンの負荷が高いときにはEGRガス
の温度自体が高いため、空気層に常時ほぼ均一な熱量を
付与するという要請から、第５図に示すようにエンジン
負荷が高くなるに従って、EGRガス量を減らすように制
御するようにしている。
尚、第１図及び第２図において符号８はインジェクター
であって、上記燃焼室３の中心部に向けて燃料を噴射し
得る如く傾斜配置されている。さらに符号９は点火プラ
グであって、この点火プラグ９は上記インジェクター８
に対して上記スワール流（矢印A1）の下流側に位置する
ようにして配置されている。
であって、上記燃焼室３の中心部に向けて燃料を噴射し
得る如く傾斜配置されている。さらに符号９は点火プラ
グであって、この点火プラグ９は上記インジェクター８
に対して上記スワール流（矢印A1）の下流側に位置する
ようにして配置されている。
又、インジェクター８の作動タイミングは、ピストン４
の圧縮上死点付近において燃料噴射が行なわれるように
予め設定されている。
の圧縮上死点付近において燃料噴射が行なわれるように
予め設定されている。
（II:作動並びにその作用） 続いて、このエンジンの作動並びにその作用を簡単に説
明する。
明する。
（a:エンジン始動時） エンジン始動時には、上述の如く主吸気制御弁21とEGR
バルブ19とは全閉保持される。また、この運転状態は上
記領域Ｉに含まれているため副吸気制御弁22は全開保持
される。このため、この場合における吸気導入は、副吸
気通路12側からのみ行なわれ、主吸気通路11側からは空
気もEGRガスも導入されず、燃焼室３内にはスワール流
は発生しない。従って、スワール流による火炎核の吹き
消し現象も発生せず、良好な着火性能即ち、始動性が確
保される。
バルブ19とは全閉保持される。また、この運転状態は上
記領域Ｉに含まれているため副吸気制御弁22は全開保持
される。このため、この場合における吸気導入は、副吸
気通路12側からのみ行なわれ、主吸気通路11側からは空
気もEGRガスも導入されず、燃焼室３内にはスワール流
は発生しない。従って、スワール流による火炎核の吹き
消し現象も発生せず、良好な着火性能即ち、始動性が確
保される。
（b:エンジンの通常運転） この場合には、主吸気制御弁21は常時全開保持されてい
るが、副吸気制御弁22とEGRバルブ19はそれぞれエンジ
ン回転数とエンジン負荷及びエンジン温度の三つの制御
要素に基づいて開閉制御される。即ち、例えば、エンジ
ンの運転状態が上記領域Ｉあるいは領域IIに対応するア
イドル運転領域を含む低負荷運転領域（換言すれば成層
燃焼により燃焼性を改善する必要のある運転領域）にあ
る場合には、副吸気制御弁22とEGRバルブ19がともに開
弁保持されるため、吸気行程の進行（ピストン４の下
動）に伴って主吸気通路11からは空気とEGRガスの混合
気が、また副吸気通路12からは空気のみが、それぞれ燃
焼室３内に導入される。従って、燃焼室３内には、主吸
気通路11からスワール流（矢印A1）を発生しながら導入
される空気とEGRガスとの混合気により該燃焼室３の外
周部に形成される第１の空気層（厳密には混合気層）51
（境界線Ｌより外側部分）と、副吸気通路12からピスト
ン軸方向の空気流（矢印A2）を発生しながら導入される
空気により該燃焼室３の中央部（第１の空気層51の内
側）に形成される第２の空気層52（境界線Ｌより内側部
分）の内外２つのしかもそれぞれ流れ特性の異なる空気
層が存在することになる（換言すれば、内側の第２の空
気層52が外側の第１の空気層51によって包まれた状態と
なる）。この内外両方に分離された２つの空気層51,52
は、その流れ特性が異なるところから、相互に合流して
その成層状態が減衰し又は破壊されるということが少な
く、その分離状態（成層状態）はピストン４の上動に伴
う筒内空気の乱れ作用にもかかわらず圧縮上死点付近ま
で維持される。従って、圧縮上死点付近においてインジ
ェクター８から第２の空気層52側に向けて燃料が噴射さ
れると、この噴射燃料は該第２の空気層52の空気と効率
的に混合し、該燃焼室３の内部には局部的に理論空燃比
近くの濃度を持つ混合気層が確実に形成されることにな
る（成層比の促進・維持）。
るが、副吸気制御弁22とEGRバルブ19はそれぞれエンジ
ン回転数とエンジン負荷及びエンジン温度の三つの制御
要素に基づいて開閉制御される。即ち、例えば、エンジ
ンの運転状態が上記領域Ｉあるいは領域IIに対応するア
イドル運転領域を含む低負荷運転領域（換言すれば成層
燃焼により燃焼性を改善する必要のある運転領域）にあ
る場合には、副吸気制御弁22とEGRバルブ19がともに開
弁保持されるため、吸気行程の進行（ピストン４の下
動）に伴って主吸気通路11からは空気とEGRガスの混合
気が、また副吸気通路12からは空気のみが、それぞれ燃
焼室３内に導入される。従って、燃焼室３内には、主吸
気通路11からスワール流（矢印A1）を発生しながら導入
される空気とEGRガスとの混合気により該燃焼室３の外
周部に形成される第１の空気層（厳密には混合気層）51
（境界線Ｌより外側部分）と、副吸気通路12からピスト
ン軸方向の空気流（矢印A2）を発生しながら導入される
空気により該燃焼室３の中央部（第１の空気層51の内
側）に形成される第２の空気層52（境界線Ｌより内側部
分）の内外２つのしかもそれぞれ流れ特性の異なる空気
層が存在することになる（換言すれば、内側の第２の空
気層52が外側の第１の空気層51によって包まれた状態と
なる）。この内外両方に分離された２つの空気層51,52
は、その流れ特性が異なるところから、相互に合流して
その成層状態が減衰し又は破壊されるということが少な
く、その分離状態（成層状態）はピストン４の上動に伴
う筒内空気の乱れ作用にもかかわらず圧縮上死点付近ま
で維持される。従って、圧縮上死点付近においてインジ
ェクター８から第２の空気層52側に向けて燃料が噴射さ
れると、この噴射燃料は該第２の空気層52の空気と効率
的に混合し、該燃焼室３の内部には局部的に理論空燃比
近くの濃度を持つ混合気層が確実に形成されることにな
る（成層比の促進・維持）。
また、この場合、第１の空気層51の温度がそれに混入し
たEGRガスＧにより空気のみを吸入した場合よりも高め
られている。従って、当然、この第１の空気層51により
その内側に包まれた状態で存在する第２の空気層52も、
上記第１の空気層51の熱影響を受けてその温度が高めら
れている。
たEGRガスＧにより空気のみを吸入した場合よりも高め
られている。従って、当然、この第１の空気層51により
その内側に包まれた状態で存在する第２の空気層52も、
上記第１の空気層51の熱影響を受けてその温度が高めら
れている。
このような成層化の促進・維持と燃焼温度の高温化との
相乗効果により高水準の成層燃焼が実現されることとな
る。
相乗効果により高水準の成層燃焼が実現されることとな
る。
一方、エンジンの運転状態が上記領域Ｉあるいは領域II
以外の運転領域にある場合には、燃料噴射量が多いた
め、この燃料が燃焼室３内に導入された空気の全量と均
一に混合しても混合気濃度がオーバリーンになるという
ことがなく、従って、上述の如き成層燃焼を実現する必
要性はない。このため、この運転領域においては、副吸
気制御弁22とEGRバルブ19がともに全閉保持され、主吸
気通路11側からのみ吸気導入が行なわれ、高水準のスワ
ール効果によりエンジンの高出力運転が実現されること
になる。
以外の運転領域にある場合には、燃料噴射量が多いた
め、この燃料が燃焼室３内に導入された空気の全量と均
一に混合しても混合気濃度がオーバリーンになるという
ことがなく、従って、上述の如き成層燃焼を実現する必
要性はない。このため、この運転領域においては、副吸
気制御弁22とEGRバルブ19がともに全閉保持され、主吸
気通路11側からのみ吸気導入が行なわれ、高水準のスワ
ール効果によりエンジンの高出力運転が実現されること
になる。
尚、上記実施例においては、主吸気通路11側から導入さ
れる空気によるスワール流と、副吸気通路12側から導入
されピストン軸方向の流れをもつ空気流とによって、相
互に分離した第１の空気層51と第２の空気層52を形成す
るようにしているが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、例えば主吸気通路11側から導入される空気によ
り燃焼室の外周部に正方向のスワール流をもつ第１の空
気層を形成する一方、副吸気通路12側から導入される空
気により逆方向のスワール流をもつ第２の空気層を形成
し、この相互にスワール方向の異なる２つの空気層を燃
焼室内において相互に分離存在させるようにしてもよ
い。
れる空気によるスワール流と、副吸気通路12側から導入
されピストン軸方向の流れをもつ空気流とによって、相
互に分離した第１の空気層51と第２の空気層52を形成す
るようにしているが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、例えば主吸気通路11側から導入される空気によ
り燃焼室の外周部に正方向のスワール流をもつ第１の空
気層を形成する一方、副吸気通路12側から導入される空
気により逆方向のスワール流をもつ第２の空気層を形成
し、この相互にスワール方向の異なる２つの空気層を燃
焼室内において相互に分離存在させるようにしてもよ
い。
また、上記実施例においては、EGRガスＧを合流通路部3
0の上流側から供給するようにしているが、本発明はこ
れに限定されるものでなく、例えば第３図に鎖線図示
（符号18′）する如く合流通路部30の上流側に供給する
こともできる。
0の上流側から供給するようにしているが、本発明はこ
れに限定されるものでなく、例えば第３図に鎖線図示
（符号18′）する如く合流通路部30の上流側に供給する
こともできる。
さらに、上記実施例においてはEGRガスを主吸気通路11
側に供給することにより第１の空気層51を空気（新気）
とEGRガスとの混合気としたが、本発明はこれに限定さ
れるものでなく、主吸気通路11側への新気導入を止め、
EGRガスのみで第１の空気層51を形成することもでき
る。
側に供給することにより第１の空気層51を空気（新気）
とEGRガスとの混合気としたが、本発明はこれに限定さ
れるものでなく、主吸気通路11側への新気導入を止め、
EGRガスのみで第１の空気層51を形成することもでき
る。
（発明の効果） 本発明の成層燃焼式エンジンは、燃焼室内の外周部にス
ワール流を発生させ得る如く空気を供給する主吸気通路
と、上記燃焼室の中央部に上記スワール流とは流れ方向
の異なる空気流を発生させ得る如く空気を供給する副吸
気通路とを備え、さらに少なくともエンジンの低負荷運
転領域においては上記主吸気通路と副吸気通路の両方か
ら吸気導入を行なわしめて上記燃焼室の外周部に上記主
吸気通路を介して導入された空気による第１の空気層
を、燃焼室の中央部に上記副吸気通路を介して導入され
た空気による第２の空気層をそれぞれ形成させ得る如く
した吸気制御手段と、上記主吸気通路中にEGRガスを供
給するようにしたEGRガス供給制御手段と、燃料を上記
第２の空気層に向けて供給するようにした燃料供給手段
とを備えたことを特徴とするものである。
ワール流を発生させ得る如く空気を供給する主吸気通路
と、上記燃焼室の中央部に上記スワール流とは流れ方向
の異なる空気流を発生させ得る如く空気を供給する副吸
気通路とを備え、さらに少なくともエンジンの低負荷運
転領域においては上記主吸気通路と副吸気通路の両方か
ら吸気導入を行なわしめて上記燃焼室の外周部に上記主
吸気通路を介して導入された空気による第１の空気層
を、燃焼室の中央部に上記副吸気通路を介して導入され
た空気による第２の空気層をそれぞれ形成させ得る如く
した吸気制御手段と、上記主吸気通路中にEGRガスを供
給するようにしたEGRガス供給制御手段と、燃料を上記
第２の空気層に向けて供給するようにした燃料供給手段
とを備えたことを特徴とするものである。
従って、本発明の成層燃焼式エンジンによれば、 （１）吸気行程において燃焼室内に形成される第１の空
気層と第２の空気層はその流れ特性が異なるものである
ためその成層状態の維持が容易であり、 （２）直接燃焼に寄与する第２の空気層を包む第１の空
気層にEGRガスを供給することにより上記第２の空気層
の温度が高められ、上記のように比較的良好な成層状態
が維持されしかも層温度が高められた第２の空気層中へ
向けて燃料が供給されるから燃焼室内における燃焼温度
が高く、成層燃焼が効果的且つ安定的に達成されるとい
う効果が得られる。
気層と第２の空気層はその流れ特性が異なるものである
ためその成層状態の維持が容易であり、 （２）直接燃焼に寄与する第２の空気層を包む第１の空
気層にEGRガスを供給することにより上記第２の空気層
の温度が高められ、上記のように比較的良好な成層状態
が維持されしかも層温度が高められた第２の空気層中へ
向けて燃料が供給されるから燃焼室内における燃焼温度
が高く、成層燃焼が効果的且つ安定的に達成されるとい
う効果が得られる。
第１図は本発明の実施例係る成層燃焼式エンジンの要部
横断面図、第２図は第１図のII-II横断面図、第３図は
第１図のIII-III縦断面図、第４図は主吸気通路と副吸
気通路との作動特性図、第５図は第２図に示したEGRバ
ルブの作動特性図である。 １……シリンダブロック ２……シリンダヘッド ３……燃焼室 ４……ピストン ５……吸気マニホールド ６……吸気弁 ７……排気弁 ８……インジェクター ９……点火プラグ 11……主吸気通路 12……副吸気通路 13……主吸気ポート 14……副吸気ポート 15……排気通路 18……EGR通路 19……EGRバルブ 51……第１の空気層 52……第２の空気層
横断面図、第２図は第１図のII-II横断面図、第３図は
第１図のIII-III縦断面図、第４図は主吸気通路と副吸
気通路との作動特性図、第５図は第２図に示したEGRバ
ルブの作動特性図である。 １……シリンダブロック ２……シリンダヘッド ３……燃焼室 ４……ピストン ５……吸気マニホールド ６……吸気弁 ７……排気弁 ８……インジェクター ９……点火プラグ 11……主吸気通路 12……副吸気通路 13……主吸気ポート 14……副吸気ポート 15……排気通路 18……EGR通路 19……EGRバルブ 51……第１の空気層 52……第２の空気層
Claims (1)
- 【請求項１】燃焼室内の外周部にスワール流を発生させ
得る如く空気を供給する主吸気通路と、上記燃焼室の中
央部に上記スワール流とは流れ方向の異なる空気流を発
生させ得る如く空気を供給する副吸気通路とを備え、さ
らに少なくともエンジンの低負荷運転領域においては上
記主吸気通路と副吸気通路の両方から吸気導入を行なわ
しめて上記燃焼室の外周部に上記主吸気通路を介して導
入された空気による第１の空気層を、燃焼室の中央部に
上記副吸気通路を介して導入された空気による第２の空
気層をそれぞれ形成させ得る如くした吸気制御手段と、
上記主吸気通路中にEGRガスを供給するようにしたEGRガ
ス供給制御手段と、燃料を上記第２の空気層に向けて供
給するようにした燃料供給手段とを備えてなる成層燃焼
式エンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61097291A JPH0689659B2 (ja) | 1986-04-26 | 1986-04-26 | 成層燃焼式エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61097291A JPH0689659B2 (ja) | 1986-04-26 | 1986-04-26 | 成層燃焼式エンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62253918A JPS62253918A (ja) | 1987-11-05 |
| JPH0689659B2 true JPH0689659B2 (ja) | 1994-11-09 |
Family
ID=14188397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61097291A Expired - Lifetime JPH0689659B2 (ja) | 1986-04-26 | 1986-04-26 | 成層燃焼式エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0689659B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2305969A (en) * | 1995-10-06 | 1997-04-23 | Ford Motor Co | Stratified charge engine |
| US6073600A (en) * | 1995-11-29 | 2000-06-13 | Ford Global Technologies, Inc. | Stratified charged engine |
-
1986
- 1986-04-26 JP JP61097291A patent/JPH0689659B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62253918A (ja) | 1987-11-05 |
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